氮化硼上的ABC堆疊三層石墨烯（ABC-TLG/hBN）莫爾超晶格為探索Wigner晶體狀態提供了一個可調平臺，其中電子相關性可以通過電場和磁場控制。在這里，我們報道了在ABC-TLG/hBN中觀察到的磁場穩定的Wigner晶體狀態。研究表明，在磁場下，相關的絕緣態出現在對應于每個莫爾晶格位點的μ=1/3、2/3、1、4/3、5/3和2個電子的多個分數和整數填充處。這些相關的絕緣態可以歸因于整數填充的廣義莫特態和分數填充的廣義Wigner晶體態。廣義Wigner晶體狀態由垂直磁場穩定，并且在每三個莫爾超晶格一個磁通量量子處最強。μ=2的絕緣狀態持續到30T，這可以用高磁場下的莫特-霍夫施塔特躍遷來描述。
圖1.ABC-TLG/hBN莫爾異質結構及其平坦帶。（a） 該裝置的截面示意圖。紅色原子代表ABC-TLG的一個晶胞。ABC-TLG與底部hBN膜對準。（b） 對于頂部和底部石墨烯層之間的電勢差Φ=−25meV，計算了ABC-TLG/hBN在K谷中的單粒子能帶結構，其大致對應于D=−0.5V/nm。（c） 實驗相圖表示為電阻率作為摻雜n和垂直位移場D的函數，在T=1.5K和B?=0 T時。
圖2:在由磁場和垂直位移場調諧的傳導微帶中出現相關態。（a） 在−0.4 V/nm的固定D下，ρ
xx作為n/n
0和B的函數的色圖。（b） 歸一化電阻率，ρ
xx/ρ
xxB=0，作為n
0/3至2n
0填充物處磁場的函數，其中ρ
xxB=0是b=0 T時的電阻率。數據從面板a中提取。（c） ρ
xx作為n/n
0和D的函數的色圖，在5.5T的固定B下。（D）對于n
0/3到2n
0的填充物，ρ
xx/ρ
xxB=0作為D的函數。數據取自面板c。
圖3.磁場中傳導微帶上的廣義莫特和維格納晶體態。（a） 電阻率，ρ
xx，在1.5至15 K的溫度范圍內，在−0.4 V/nm的固定D和5.5 T的固定B下，作為云紋點n/n
0填充的函數。插圖顯示了傳導微帶不同填充物處電阻率峰值處電阻率的熱激發行為（阿倫尼斯圖）。（b） 實空間平面外磁場中廣義Mott（n=n
0）和Wigner晶體（n=n
0/3，n=2n
0/3）態的說明。灰色和綠色晶格分別代表石墨烯和hBN晶格，紅色球體電子，紅色虛線代表三個莫爾單位單元。
相關研究成果由加州大學伯克利分校Guorui Chen、Feng Wang和復旦大學Yuanbo Zhang等人2023年發表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01741)上。原文：Magnetic Field-Stabilized Wigner Crystal States in a Graphene Moiré Superlattice。
轉自《石墨烯研究》公眾號
